Question

16．科学家利用“组合转化”等技术对CO₂进行综合利用．如用H₂和CO₂在一定条件下可以合成乙烯：
6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H=a kJ/mol
（1）已知：①H₂和C₂H₄的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1411kJ/mol
②H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol，则a=-127.8kJ/mol．
（2）不同温度对CO₂的转化率及催化剂的效率影响如图1所示，下列有关说法错误的是①②④（填序号）．

①M点的速率最大
②温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大
③M点时平衡常数比N点时平衡常数大
④为提高 CO₂的转化率应在尽可能低的温度下进行反应
（3）若在密闭容器中充入体积比为 3：1的H₂和CO₂，则图1中M点时，产物C₂H₄的体积分数为7.7%；若要进一步提高乙烯的体积分数，可采取的措施有增大压强．
（4）如图2，利用高温电解技术可将CO₂转化为高热值的燃料CO气体．
①电极a发生的反应类型是还原（填“氧化”或“还原”）反应．
②高温电解的总反应的化学方程式为2CO₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2CO+O₂．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8 kJ/mol；
    ②C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
将方程式6①-②-4③得6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H进行相应的改变；
（2）①温度升高化学反应速率加快，催化剂的催化效率降低；
②该反应是放热反应，升温平衡逆向移动；
③反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行；
④温度越低催化剂活性越小，反应速率越慢；
（3）图中M点时二氧化碳的转化率50%，结合化学平衡三行计算列式得到，反应是气体体积减小的反应增大压强平衡正向进行；
（4）①根据图知，a电极上二氧化碳反应生成CO，C元素化合价由+4价变为+2价；
②将CO₂转化为高热值的燃料CO，依据原子守恒分析反应生成一氧化碳和氧气

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8 kJ/mol；
    ②C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
将方程式6①-②-4③得6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H=6（-285.8 kJ/mol ）-（-1411.0kJ/mol ）-4（-44kJ/mol）=-127.8kJ/mol；
故答案为：-127.8；
（2）①化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故①错误；
②温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行乙烯的产率减小，故②错误；
③升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故③正确；
④为提高CO₂的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故④错误；
故答案为：①②④；
（3）若在密闭容器中充入体积比为 3：1的 H₂ 和CO₂，设为3mol、1mol，则图中M点时二氧化碳转化率50%，
            6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）
起始量（mol）  3       1                          0             0
变化量（mol）  1.5     0.5                      0.25        1
平衡量（mol）  1.5     0.5                      0.25        1
产物CH₂=CH₂的体积分数=$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%，
反应前后气体体积减小，若要进一步提高乙烯的体积分数，可采取的措施有增大压强平衡正向进行，
故答案为：7.7%，增大压强；
（4）①根据图知，a电极上二氧化碳反应后生成CO，C元素化合价由+4价变为+2价，则二氧化碳得电子发生还原反应，
故答案为：还原；
②将CO₂转化为高热值的燃料CO，依据原子守恒分析反应生成一氧化碳和氧气，反应的化学方程式为：2CO₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2CO+O₂，
故答案为：2CO₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2CO+O₂．

点评 本题考查盖斯定律、电解原理、化学平衡计算等知识点，侧重考查学生图象分析、计算能力，明确化学反应原理、电解原理是解本题关键，难点是电极反应式的书写，题目难度不大．